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火电厂热工检测系统设计控制与计算机工程学院杨婷婷第2章热工检测系统设计基础2.1检测项目的确定2.2热工检测仪表的选择2.2.1热工检测仪表选型的一般原则2.2.2热工检测仪表简介2.2.3针对被测参数的热工检测仪表选择2.2.4仪表的冗余设置2.3电厂标识系统2.2热工检测仪表的选择一、选型的一般原则基础调研、需求分析，以精度计算为基础确定热工检测仪表选型范围。综合考虑以下因素：（1）从国内仪表生产供应的实际情况出发，在符合生产要求的前提下，贯彻择优选用的原则，避免盲目追求先进、采用货源不落实的品种；（2）为便于维护检修，选用的仪表品种和规格应力求减少，以提高备品的通用性和互换性；（3）选用的仪表应符合被测参数的要求，特别是接触式测量的检测元件，如热电偶、热电阻等，应注意保证其保护套管能承受所测介质在额定工况下的压力和温度；（4）仪表的精度等级应根据生产工艺对参数偏差值的要求进行确定；（5）根据环境条件，选用适合于环境要求的仪表；（6）为消除汞的危害，不应选用有水银的仪表。二、热工检测仪表简介1、仪表产品型号的组成BCD1234ETA第一位第二位第三位第四位第一位第二位第三位第四位最后一位第一节第二节第三节第一节大写字母。第一位表示该产品所属的大类（如：Ｗ－温度仪表，Ｙ-压力仪表，Ｃ-差压仪表，Ｌ-流量仪表，Ｕ-物位仪表，Ｓ-速度仪表，Ｆ-成分仪表等）；第二位表示该产品所属的小类；以后的各位，则根据产品的不同情况表示该产品的原理、功能、用途等。第二节阿拉伯数字。各位数字则根据产品的不同情况而定。系列产品可以分别代表产品的结构特征、规格、材料等，非系列产品则可以是产品的序号，均由产品型号管理单位根据产品的具体情况，规定所用的代号及其代表的意义。对于特殊环境中使用的仪表产品，其型号增加了第三节。（如：Ｔ－热带用，Ｃ-船用，Ｆ-防腐，Ｂ-防爆，Ｚ-耐震，Ｑ-高压容器压力表等）2、仪表公称工作压力值系列基本系列延伸系列0.010.0160.0250.04（0.05）0.06基本系列项值×10-n0.1010.1601.60.2502.50.4040.606.3（6.4）1016（20）253240（50）63（64）80基本系列项值×10-n公称工作压力值（ＭＰａ）公称工作压力值是指工作压力的额定值，即仪表在正常工作时能承受的工作介质压力上限值，亦称公称压力值。仪表公称通径值（ｍｍ）应符合下列规定：1；2；3；4；5；6；8；10；15；20；25；（32）；40；50；（65）；80；100；（125）；150；200；250；300；350；400；450；500；600；700；800；900；1000；1200；1400；1600；1800；2000（括号内数值为非推荐值）3、仪表公称通径值系列4、仪表的精确度等级由引用误差或相对误差表示与精确度有关因素的仪表，其精确度等级应自下列数系中选取：0.01，0.02，（0.03），0.05，0.1，0.2，（0.25），（0.3），（0.4），0.5，1.0，1.5，（2.0），2.5，4.0，5.0。不宜用引用误差或相对误差表示与精确度有关因素的仪表（如热电偶、铂热电阻等），一般可用英文字母或罗马数字等约定的符号或数字表示精确度等级，如Ａ、Ｂ、Ｃ…，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ…或1、2、3…。三、不同参数的检测仪表介绍1、温度检测仪表接触式测温仪表：膨胀式温度计（水银温度计，双金属温度计）压力式温度计热电偶热电阻半导体温度计非接触式高温计1.1双金属温度计（a）条形双金属；（b）螺旋形双金属1.2热电偶热电偶测温示意图1—热电偶；2—连接导线；3—显示仪表热电偶直接感受温度，并把温度信号转换成热电势信号。使用热电偶测温时，一般是把热电偶的输出通过补偿导线直接引到DCS卡件处，并在此处对热电偶的冷端进行补偿。普通型热电偶铠装热电偶法兰铠装型热电偶可长达上百米薄壁金属保护套管（铠体）BA绝缘材料1.3热电阻热电阻温度计被广泛用来测量-200℃-500℃范围内液体、气体和固体表面温度，在电厂中可用来测量锅炉给水温度、排烟温度及轴瓦回油温度等。基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加的特性测温。铂、铜、铁、镍工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。为减小或消除引线电阻的影响，热电阻常采用三线制或四线制的连接方式。薄膜型及普通型铂热电阻汽车用水温传感器及水温表铜热电阻测温仪表种类优点缺点双金属温度计结构简单，机械强度大，价格低廉精确度低，量程和使用范围均有限热电偶温度计测温范围广，精确度高，便于远距离、多点、集中测量需进行冷端温度补偿，在低温段测量精确度较低热电阻温度计测量精确度高，便于远距离、多点、集中测量不能测量高温，不能测点温，热惯性较大各种温度计主要技术特点选择原则？2、压力（差压）检测仪表按测量种类可分为表压压力表（包括压力表、真空表和压力真空表）按压力表使用条件可分为普通型、耐振型、耐热型、耐酸型、禁油型、防爆型等按工作原理可分为液柱式、弹性压力表、负荷式压力计、压力传感器（包括变送器）和压力开关等。2.1弹性元件压力表膜片压力表、膜盒压力表、弹簧管压力表和双波纹管压力表基于弹性元件受压后产生的弹性变形与压力大小有确定关系的原理工作。（1）膜片压力表适用于测量具有一定腐蚀性、非凝固或非结晶的各种流体介质的压力或负压。膜片结构示意（a）平面膜片；（b）波纹膜片；（c）挠性膜片（1）膜片压力表（2）膜盒压力表采用膜盒作为测量微小压力的敏感元件，测量对铜合金不起腐蚀作用、无爆炸危险气体的微压和负压，广泛用于锅炉通风、气体管道、燃烧装置等类似设备上。（3）弹簧管压力表一种具有非圆截面、弯曲成圆弧形的空心管子，管子截面的短轴方向与管子弯曲的半径方向一致。（a）单圈弹簧管；（b）空间螺旋形；（c）平面螺线型（3）弹簧管压力表（3）弹簧管压力表（4）波纹管压力表一种壁面具有等间距同心环状波纹、一端封闭的薄壁圆管，也称为波纹筒。2.2压力（差压）变送器目前常用的压力（差压）变送器主要有电容式、扩散硅式，振弦式压力（差压）变送器。智能压力变送器：罗斯蒙特（Rosement）1151费希尔-罗斯蒙特（Fisher-Rosement）3051霍尼威尔（Honeywell）ST3000川仪/横河（Centum）EJA系列德国哈特曼布劳恩（Hartmann&Braun）公司AS系列压力表的选择压力表选择的原则：根据工艺过程对压力测量的要求、被测介质的性质和现场环境情况等条件来确定仪表的种类、型号、量程、精度和指示形式。压力表的安装压力检测系统由取压口、导压管、压力表及一些附件组成。压力表的安装3、流量检测仪表被测介质的复杂性和多样性使得流量计种类繁多：流体种类超过万种，单相流，两相、多相流；流动状态不同，层流、紊流、脉动流；流量范围相差极大，从每分钟几滴到每小时数百吨；工况条件，高温、低温、高压、低压等。3、流量检测仪表Auqv1tVqvAuqvvmqq3.1节流式流量计节流式流量计是目前工业生产中用来测量气体、液体和蒸汽流量的最常用的一种流量仪表。火力发电厂中蒸汽、液体等的流量测量，绝大部分采用此种流量计。它检测方法简单，没有可动部件，工作可靠，适应性强，能满足工程测量的需要。只要按国家标准（GB/T2624-2006）《用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量》设计加工节流式流量计，可不经实际流体标定，就能在已知的不确定度范围内进行流量测量，且能保证相当高的工作精度。节流式流量计的组成节流式流量计通常由能将流体流量转换成差压信号的节流装置及测量差压并显示流量的差压计（或差压变送器及显示仪表）组成。《用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量的流量测量节流装置》（GB/T2624-1993）标准节流装置有：①角接取压标准孔板；②法兰取压标准孔板；③D和𝟏𝟐D取压标准孔板；④角接取压标准喷嘴（ISA1932喷嘴）；⑤D和𝟏𝟐D取压长径喷嘴；⑥经典文丘里管（入口圆筒段上取压和喉部取压）；⑦文丘里喷嘴（上游角接取压和喉部取压）。标准化标准孔板喷嘴ISA1932喷嘴长径喷嘴文丘里经典文丘里管取压方式节流式流量计的安装发电机冷却水流量孔板节流式流量计的安装节流式流量计的安装三阀组+流量变送器五阀组（两只隔离阀，一只平衡阀，另两只用于冲洗信号管路和现场校验差压计）节流式流量计的安装节流式流量计的安装一体化孔板流量计内藏孔板流量计节流式流量计的安装一体化安装孔板3.2差压式流量计（测速装置）在火力发电厂中，送风和吸风矩形风道庞大，流体又常带有灰尘，不能直接进行测量，只好采用“速度-面积”法，即先测量局部流速再乘以流通截面积来得出流量。通常是测量流体流通截面上的全压力与静压力之差（即动压力），可得到流速，从而求出流量。常用的测速装置有均速管、翼型动压管等。均速管（1）阿牛巴（Annubar）流量计阿牛巴流量计原理1-全压孔（迎流孔）；2-检测杆；3-全压均值管；4-静压孔；5-静压引压管均速管阿牛巴流量计适用的范围：管径D=25～2500mm（特殊达5000mm），工作压力≤5MPa,工作温度≤400℃，雷诺数≥104，流速要求气体5m/s，液体为0.5m/s，蒸汽为9m/s以上。均速管（2）威力巴（Verabar）流量计由美国Veris公司研制推出的一种产品。适用于大口径煤气、烟道气、电厂风流量测量。显示调节差压变送器低压高压低压区高压区流速分布图流体平均流速翼型动压管翼形动压管结构（a）单翼形测速管；（b）双翼形测速管B—风道宽度；H—风道高度；2R—翼形测速管宽度3.3涡街流量计卡门涡街现象：在流体中安置阻流体，在特定条件下会出现不稳定的边界层分离，阻流体下游两侧会产生两列交错排列且旋向相反的漩涡，这种现象称为卡门涡街（KarmanVortexStreet）。TheodorevonKarman（1881-1963）卡门涡街带来的危害：1940年美国华盛顿州塔科马海峡吊桥（TacomaNarrowBridge）崩塌事件。1965年英国西约克郡费里布里奇发电站两座一百多米高的冷却塔，在大风中因卡门涡街引起共振倒塌。锅炉空气预热器管箱也曾因卡门涡街振动和破裂。涡街流量计3.4电磁流量计工作原理基于法拉第电磁感应定律，适用来测量导电流体的体积流量。目前已广泛地应用于工业上各种导电液体的测量，如各种酸、碱、盐等腐蚀液体；各种易燃易爆介质；各种工业污水、纸浆、泥浆等的流量测量。𝑬=𝑩𝑳𝒗3.5超声波流量计4、物位检测仪表液位（水位）–双色水位计–电接点水位计–差压式水位计–磁翻板式液位计物位–电容式物位计–射频导纳物位计–重锤式料位计–超声波物位计汽包水位测量双色水位计改进了云母水位计结构，辅以光学系统，利用光从空气进入蒸汽或水产生不同的折射，使汽水分界面显示成红、绿两色的分界面，显示清晰，并有利于用工业电视等方式远传显示。电接点水位计差压式水位计磁翻板式液位计超声波物位计连续测量超声波物位计：声波发射到分界面后产生反射，由接收换能器接收反射回波，由发射到接收的时间间隔及声速，可得物位高度。5、成分分析仪表分析仪表分为实验室用仪表和工业用自动分析仪表两类。汽水品质分析仪表–电导式分析仪–工业酸度计–硅酸根分析仪–磷酸根分析仪–钠度计–溶解氧分析仪锅炉烟气成分分析–氧化锆氧量计–热导式二氧化碳分析仪–烟气排放连续监测系统（CEMS）•颗粒物•气态污染物6、汽轮机监测仪表为了确保火电厂汽轮机的安全运行，在汽轮机上均装设了各种汽轮机监测仪表系统，简称TSI（TurbineSupervisoryInstrumentation）。–轴向位移监测–差胀监测–缸胀监视–转速监测–振动监测–偏心度监测–相位监测电涡流传感器线性变化差动变压器（LVDT）安装2.2.4仪表的冗余设置目前在热工检测系统的设计中，由于仪表的质量和可靠性不高、品种不齐和运行习惯的影响等原因，对于重要参数的测量要进行冗余设置。三取二信号法：开关